EP2118648B1

EP2118648B1 - Procede de qualification de la variabilite de la composition d'un effluent

Info

Publication number: EP2118648B1
Application number: EP08761976A
Authority: EP
Inventors: Marie-Pierre Denieul; Olivier Daniel; Arnaud Bucaille; Cyrille Lemoine
Original assignee: Veolia Eau Compagnie Generale des Eaux SCA
Current assignee: Veolia Eau Compagnie Generale des Eaux SCA
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-01-24
Also published as: WO2008104647A3; DK2118648T3; DE602008001558D1; ATE471511T1; EP2118648A2; FR2911960B1; US20100125422A1; WO2008104647A2; KR20090121277A; CN101636655A; US8249818B2; CA2676041C; FR2911960A1; CN101636655B; CA2676041A1

Description

La présente invention concerne le domaine de l'analyse et du contrôle en ligne de la composition des effluents liquides ou gazeux, telles par exemple l'eau potable, les eaux urbaines ou industrielles.
La présente invention vise plus particulièrement un procédé de détection de la variabilité de la composition d'un tel effluent qu'il soit liquide ou gazeux.
Dans les procédés de détection déjà connus, les mesures sont effectuées en ligne, par exemple dans une conduite disposée en amont d'une station de traitement d'eau usée.
Un tel procédé permet de détecter une anormalité dans la composition de l'effluent, notamment physico-chimique ou biologique, susceptible de provoquer un incident dans le procédé de traitement situé en aval du lieu où sont effectuées les mesures.
L'acquisition en ligne de ces mesures et leur traitement mathématique permettent d'alerter l'opérateur de l'arrivée d'un effluent ayant une composition différente de celle de l'effluent alimentant habituellement la station de traitement. Le cas échéant, l'opérateur prendra des mesures appropriées, par exemple en déviant l'effluent « différent » vers une autre unité de traitement et/ou en prélevant un échantillon de cet effluent qui sera analysé a posteriori.
Parmi les procédés de détection de la variabilité en ligne d'un effluent, certains mettent en oeuvre la spectrophotométrie Ultra-Violet visible (ci-après dénommée « UV-VIS ») permettant à partir d'un ensemble de signaux, de représenter la variabilité qualitative de l'effluent.
Pour les aspects qualitatifs, le spectre UV-VIS fait office « d'empreinte digitale » de l'effluent.
En d'autres termes, un effluent donné possède un spectre UV-VIS propre comprenant des points particuliers (dénommés points isobestiques) qui, en toute théorie, ne varient pas au cours du temps.
Dès lors que l'on détecte un changement dans l'allure du spectre UV mesuré en ligne, on comprend que ce changement d'allure traduit une modification de la composition de l'effluent.
L'information obtenue indique à l'opérateur s'il y a conservation globale ou non de la qualité de l'effluent mais ne permet pas d'évaluer la dangerosité de l'effluent en question. Enfin, ces points n'existent pas forcément pour tous les effluents, ce qui rend inefficace cette méthode dans ce cas.
Un autre mode connu de traitement des spectres UV, tel que décrit dans les documents FR 2 783 322 et FR 2 787 883 , consiste à utiliser la déconvolution des spectres UV, ce traitement se basant sur l'hypothèse selon laquelle chaque spectre UV d'un effluent peut être considéré comme une combinaison linéaire d'un petit nombre de spectres UV connus, appelés spectres de référence, et notamment relatifs à des composés particuliers de l'effluent étudié.
Cette méthode suppose donc d'avoir une connaissance a priori de la composition de l'effluent ou des composés susceptibles de s'y trouver, ce qui impose de réaliser des analyses en laboratoires préalables. En outre, une bibliothèque de spectres de composés ou de compositions prédéterminés doit être préalablement réalisée.
Par ailleurs, le document EP 1 070 954 mentionne l'utilisation de la spectroscopie dans le spectre « UV-visible » pour la détermination par déconvolution de spectres de paramètres globaux. Ce document propose une surveillance temporelle de l'effluent de manière à déterminer le moment précis où une pollution éventuelle commence à se manifester. Pour chacun des sites sur lequel on réalisera les mesures, cette méthode nécessite donc une caractérisation préalable de l'effluent via des méthodes conventionnelles, ainsi que la calibration et l'identification préalable de spectres de référence spécifiques à l'effluent analysé.
Il en résulte que les procédés de qualification connus sont totalement liés à l'environnement dans lequel ils sont destinés à être mis en oeuvre. En particulier, dans le cas de la spectrophotométrie UV-VIS, cela suppose que l'effluent absorbe dans la gamme de longueur d'onde considérée.
Un autre inconvénient des procédés de l'art antérieur est qu'ils ne sont pas capables de traiter d'autres types de mesures, tels notamment le pH, la conductivité, ou la température.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé de qualification de la variabilité de la composition d'un effluent, dans lequel on réalise une succession de mesures au cours du temps d'au moins un premier et un deuxième paramètres de cet effluent, lequel procédé est indépendant de l'environnement dans lequel il est mis en oeuvre tout en étant capable de traiter des mesures tant paramétriques que non-paramétriques.
L'invention atteint son but par le fait que, à chaque pas de temps :

on détermine une première dérivée pour chacun des premier et deuxième paramètres ;
on détermine au moins une deuxième dérivée entre les premier et deuxième paramètres ;
on définit, pour la première dérivée de chacun des paramètres, des premiers domaines logiques comprenant au moins un premier domaine logique normal correspondant à une variabilité normale de ladite première dérivée, et un premier domaine logique anormal correspondant à une variabilité anormale de ladite première dérivée ;
on attribue des premières probabilités d'appartenance à chacun des premiers domaines logiques pour la première dérivée de chacun des paramètres ;
on définit des deuxièmes domaines logiques comprenant au moins un deuxième domaine logique normal correspondant à une variabilité normale de ladite deuxième dérivée, et un deuxième domaine logique anormal correspondant à une variabilité anormale de ladite deuxième dérivée ;
on attribue des deuxièmes probabilités d'appartenance de la deuxième dérivée à chacun des deuxièmes domaines logiques ;
on définit des domaines logiques globaux à partir des premiers et deuxièmes domaines logiques, les domaines logiques globaux comprenant au moins un domaine logique global normal et un domaine logique global anormal ;
on attribue des probabilités d'appartenance globales de l'ensemble constitué par les premières dérivées des paramètres et au moins une deuxième dérivée à chacun des domaines logiques globaux ;
on qualifie la variabilité de la composition de l'effluent à partir de ces probabilités d'appartenance globales.

Ainsi, grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire de connaître a priori la composition « habituelle » de l'effluent pour pouvoir détecter une anomalie dans la variabilité de sa composition.
En outre, grâce à l'invention, il n'est pas non plus nécessaire de procéder à des analyses préalables afin d'initialiser le procédé.
Tout au contraire, le procédé selon l'invention ne nécessite qu'une succession temporelle de mesures de paramètres pour s'adapter à l'environnement dans lequel il est mis en oeuvre, ledit environnement pouvant être par exemple un réseau d'assainissement ou un réseau d'eau potable ou bien encore un site industriel.
Cela signifie que le procédé selon la présente invention peut être mis en oeuvre de façon simple et rapide, sans nécessiter les étapes préalables de calibration ou d'analyse en laboratoire telles que celles effectuées dans les procédés connus.
Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut avantageusement se baser tant sur l'analyse de la variabilité de mesures de spectres, que sur l'analyse de la variabilité de mesures de grandeurs, tels par exemple mais non exclusivement le pH, le potentiel Rédox, la conductivité ou la température.
Un des principaux objectifs de l'invention est de renseigner immédiatement et en temps réel l'opérateur de l'arrivée éventuelle d'un effluent ayant une composition à risque.
Pour ce faire, on analyse l'évolution des variations de chacun des paramètres pris séparément d'une part, ainsi que l'évolution de la variation relative entre les premier et deuxième paramètres d'autre part.
Au sens de la présente invention, les premières dérivées sont prises par rapport à une même grandeur, de préférence le temps, tandis que les deuxièmes dérivées dénotent la variation d'un des paramètres par rapport à l'autre, de préférence au cours du temps.
Dans le cas particulier où le paramètre dépend d'une variable non temporelle, la deuxième dérivée, pourra être par exemple la dérivée du paramètre par rapport à ladite variable, pour un pas de temps donné.
Autrement dit, on analyse d'une part, à l'aide des premières dérivées, comment chacun des paramètres évolue, de préférence dans le temps. On parlera ici de variances individuelles des paramètres, la première dérivée étant avantageusement une dérivée temporelle.
D'autre part, on analyse comment les paramètres évoluent l'un par rapport à l'autre à l'aide des deuxièmes dérivées. On parlera ici de variances croisées desdits paramètres.
Au demeurant, les variances croisées permettent notamment de déterminer si les évolutions des paramètres sont similaires ou à tout le moins corrélées.
De manière préférentielle, le nombre de paramètres est sensiblement plus grand que deux.
De manière préférentielle, il existe autant de deuxièmes dérivées que de combinaisons entre les paramètres.
L'idée sous jacente est de comparer les variances individuelles et croisées de manière à établir une indication de la variance globale de la composition de l'effluent.
Le traitement mathématique permettant la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention repose sur la théorie de la logique floue, bien connue par ailleurs, si bien que la comparaison mentionnée ci-dessus sera obtenue par une opération d'inférence, bien connue par ailleurs.
En fonction de l'indication de variance globale, on pourra qualifier la variation de la composition de l'effluent de normal ou d'anormal, ou par tout autre qualificatif approprié.
De manière plus précise, l'attribution des premières probabilités d'appartenance à chacun des premiers domaines logiques pour la première dérivée de chacun des paramètres permet de caractériser la variance individuelle des paramètres, tandis que l'attribution des deuxièmes probabilités d'appartenance de la deuxième dérivée à chacun des deuxièmes domaines logiques permet quant à elle de caractériser la variance croisée des paramètres.
Enfin, on comprend que l'étape d'attribution des probabilités d'appartenance globales permet de caractériser la variance globale des paramètres.
Le traitement mathématique appliqué dans la présente invention utilise préférentiellement au moins une base de données glissante dont la longueur est variable, la base de données étant constituée par les valeurs des paramètres à des pas de temps précédents, grâce à quoi le procédé s'adapte seul aux évolutions naturelles de l'effluent.
Par « glissante », on entend que la base de données contient un nombre prédéterminé de valeurs, une nouvelle entrée dans la base s'accompagnant de la suppression de la plus ancienne valeur stockée.
De manière particulièrement intéressante, cela implique que l'opérateur n'a pas à fixer de seuils pour déterminer si l'effluent varie, ni d'adapter un tel seuil à l'évolution naturelle de l'effluent.
Au contraire, grâce à l'invention, de tels seuils sont déterminés automatiquement par le procédé, en fonction des données enregistrées dans la base de données.
Comme on l'a déjà mentionné, le procédé selon l'invention ne nécessite aucune mesure, préalable ou non, de l'effluent en laboratoire. Par ailleurs, aucune calibration préalable de l'outil mathématique utilisé n'est nécessaire.
Ainsi s'affranchit-on de mesures ciblées sur certaines caractéristiques de l'effluent, tant et si bien que le procédé selon l'invention offre une approche globale du risque de dangerosité lié à la variabilité de la composition de l'effluent.
Enfin, on pourra choisir un critère de qualification simple, par exemple un « signal rouge » signifiant que l'effluent a fortement varié, ceci impliquant un risque fort de dysfonctionnement du traitement, associé par exemple à un « signal vert » signifiant que l'effluent n'a pas ou peu varié.
Avantageusement, pour la première dérivée de chacun des paramètres, les premiers domaines logiques sont définis à partir d'un multiple de l'écart-type évalué à partir d'un ensemble constitué par des valeurs de la première dérivée dudit paramètre déterminées à des pas de temps précédents.
De manière préférentielle, pour la première dérivée de chacun des paramètres, les premiers domaines logiques sont également définis à partir de la moyenne ou de la médiane d'un ensemble constitué par des valeurs de la première dérivée dudit paramètre déterminées à des pas de temps précédents.
Avantageusement, les deuxièmes domaines logiques sont définis à partir d'un multiple de l'écart type évalué à partir d'un ensemble constitué par des valeurs de ladite au moins une deuxième dérivée déterminées à des pas de temps précédents.
Avantageusement, les domaines logiques globaux sont définis à partir d'un multiple de l'écart-type évalué à partir d'un ensemble constitué par les valeurs des premières dérivées des paramètres et des valeurs de ladite au moins une deuxième dérivée déterminées à des pas de temps précédents.
Les valeurs déterminées à des pas de temps précédents mentionnées ci-dessus sont avantageusement stockées dans au moins une base de données glissante, telle que celle mentionnée ci-dessus.
En vue d'affiner la qualification de la variabilité de la composition de l'effluent, on définit en outre, pour la première dérivée de chacun des paramètres, un premier domaine logique intermédiaire correspondant à une variabilité peu normale de ladite première dérivée.
On définit en outre, pour ladite au moins une deuxième dérivée, un deuxième domaine logique intermédiaire correspondant à une variabilité peu normale de ladite deuxième dérivée.
De surcroît, on peut également définir un ou plusieurs domaines logiques globaux intermédiaires, correspondant à une variation peu normale de la composition de l'effluent.
En pratique, on pourra utiliser un « signal orange » complétant les signaux rouge et vert mentionnés ci-dessus, ledit signal orange traduisant une variation de l'effluent dans un domaine acceptable, le risque étant estimé comme étant modéré mais nécessitant une vigilance accrue (risque potentiel d'évolution vers un signal rouge).
Selon un premier mode de réalisation, les probabilités d'appartenance globales sont calculées à partir d'une somme pondérée des premières et deuxièmes probabilités d'appartenance.
Selon un second mode de réalisation, on définit en outre :

des troisièmes domaines logiques comprenant au moins un troisième domaine logique normal et un troisième domaine logique anormal, les troisièmes domaines logiques étant définis à partir des premiers domaines logiques ;
des quatrièmes domaines logiques comprenant au moins un quatrième domaine logique normal et un quatrième domaine logique anormal, les quatrièmes domaines logiques étant définis à partir des deuxièmes domaines logiques ;
on attribue en outre des troisièmes probabilités d'appartenance d'un ensemble constitué par les premières dérivées des paramètres à chacun des troisièmes domaines logiques ;
on attribue en outre des quatrièmes probabilités d'appartenance d'un ensemble constitué par au moins ladite au moins une deuxième dérivée à chacun des quatrièmes domaines logiques ;
les domaines logiques globaux étant définis à partir des troisièmes et quatrièmes domaines logiques.

Dans ce second mode de réalisation, on insère des domaines logiques supplémentaires, à savoir les troisièmes et quatrièmes domaines logiques de manière à affiner la qualification de la variabilité de la composition de l'effluent et à éviter les fausses alertes.
De manière préférentielle, le troisième domaine logique « normal » correspond à l'union des premiers domaines logiques « normaux », le troisième domaine logique « anormal » correspond à l'union des premiers domaines logiques « anormaux », le quatrième domaine logique « normal » correspond à l'union des deuxièmes domaines logiques « normaux », tandis que le quatrième domaine logique « anormal » correspond à l'union des deuxièmes domaines logiques « anormaux ».
Avantageusement, on définit en outre un troisième domaine logique « peu normal » qui correspond de préférence à l'union des premiers domaines logiques « peu normaux », et un quatrième domaine logique « peu normal » qui correspond de préférence à l'union des deuxièmes domaines logiques « peu normaux ».
De manière préférentielle, on définit cinq domaines logiques globaux.
Le premier domaine logique global correspond de préférence à l'union du troisième domaine logique « normal » et du quatrième domaine logique « normal ».
Le deuxième domaine logique global correspond de préférence à l'union de l'union du troisième domaine logique « normal » et du quatrième domaine logique « peu normal » et de l'union du troisième domaine logique « peu normal » et du quatrième domaine logique « normal ».
Le troisième domaine logique global correspond de préférence à l'union de l'union du troisième domaine logique « normal » et du quatrième domaine logique « anormal » avec l'union du troisième domaine logique « peu normal » et du quatrième domaine logique « peu normal », et de l'union du troisième domaine logique « anormal » et du quatrième domaine logique « normal ».
Le quatrième domaine logique global correspond de préférence à l'union de l'union du troisième domaine logique « peu normal » et du quatrième domaine logique « anormal », et de l'union du troisième domaine logique « anormal » et du quatrième domaine logique « peu normal ».
Le cinquième domaine logique global correspond de préférence à l'union du troisième domaine logique « anormal » et du quatrième domaine logique « anormal ».
Enfin, après les avoir calculées, on attribue les probabilités d'appartenance globales de l'ensemble constitué par les premières dérivées des paramètres et les secondes dérivées aux domaines logiques globaux.
Avantageusement, les probabilités d'appartenance globales sont calculées à partir d'une somme pondérée des troisièmes et quatrièmes probabilités d'appartenance.
De manière préférentielle, ladite somme pondérée fait intervenir au moins un coefficient de pondération dynamique, par exemple l'écart-type évalué à partir d'un ensemble constitué par des valeurs de la première dérivée déterminées à des pas de temps précédents.
Selon une première variante, le domaine logique global qualifiant la variabilité de la composition de l'effluent est celui pour lequel la probabilité d'appartenance globale est maximale.
De manière préférentielle, seul le cinquième domaine logique global est utilisé pour déterminer la variation de la composition de l'effluent.
On comprend que ce cinquième domaine logique global constitue celui pour lequel la probabilité d'une variabilité particulièrement anormale de la composition de l'effluent est la plus forte.
Selon une deuxième variante, le domaine logique global qualifiant la variabilité de la composition de l'effluent est le domaine logique le plus « anormal » pour lequel la probabilité d'appartenance globale est non nulle.
Selon une troisième variante, le domaine logique global qualifiant la variabilité de la composition de l'effluent est le domaine logique le plus anormal pour lequel la probabilité d'appartenance globale est supérieure à un seuil prédéterminé.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le premier paramètre est l'absorbance de l'effluent mesuré pour une première longueur d'onde.
De manière préférentielle, chacun des paramètres correspond à l'absorbance de l'effluent pour une longueur d'onde donnée.
Préférentiellement, on mesure à chaque pas de temps l'absorbance de l'effluent pour une pluralité de longueurs d'onde comprises de préférence entre 200 nm et 700 nm.
Avantageusement, la première dérivée est une dérivée de l'absorbance par rapport au temps pour une longueur d'onde donnée, tandis que la deuxième dérivée est une dérivée de l'absorbance par rapport à la longueur d'onde calculée à un pas de temps donné.
La présente invention concerne également un dispositif de suivi de la variabilité de la composition d'un effluent mettant en oeuvre le procédé selon la présente invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif.
La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles :

la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de suivi de la variabilité de la composition d'un effluent mettant en oeuvre le procédé selon la présente invention ;
la figure 2 est un diagramme représentant les étapes du mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention ;
la figure 3 est un graphique représentant des fonctions d'appartenance en triangle permettant de déterminer des probabilités d'appartenance des premières dérivées aux premiers domaines logiques ; et
la figure 4 est un graphique représentant des fonctions d'appartenance en triangle permettant de déterminer des probabilités d'appartenance des deuxièmes dérivées aux deuxièmes domaines logiques.

A l'aide des figures 1 à 4, on va maintenant décrire plus en détail un mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention dont l'objectif est d'évaluer la variabilité temporelle de la composition d'un effluent de l'industrie chimique.
La figure 1 représente un dispositif 10 conforme à l'invention mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.
Comme on le voit sur cette figure, le dispositif 10 comprend des moyens de mesure 12 destinés à mesurer l'absorbance de l'effluent s'écoulant dans une conduite 14, cette dernière étant préférentiellement mais non exclusivement disposée en amont d'une station de traitement 15 de l'effluent.
Les valeurs mesurées par les moyens de mesure 12 sont stockées dans des moyens de mémoire 16, tandis qu'un microprocesseur 18 est prévu pour effectuer des opérations de calcul conduisant à la qualification de la variabilité de la composition de l'effluent.
Le résultat des opérations de calcul est préférentiellement donné par une interface visuelle 20 comportant trois feux de couleur, par exemple vert, orange et rouge caractérisant le niveau de normalité de la variabilité de l'effluent.
Le procédé selon l'invention va maintenant être expliqué plus en détail à l'aide du diagramme représenté sur la figure 2.
Dans ce mode de mise en oeuvre, on réalise au cours du temps une succession de mesures d'une pluralité de paramètres, à savoir l'absorbance de l'effluent pour plusieurs longueurs d'onde.
Autrement dit, à chaque pas de temps, on mesure, au cours d'une étape S101, l'absorbance de l'effluent pour plusieurs longueurs d'onde, celles-ci étant comprises entre 200 et 700 nm, de préférence entre 230 et 500 nm.
De préférence, les mesures sont effectuées en faisant varier la longueur d'onde par pas de 1 nm; tandis qu'un pas de temps t dure deux heures.
Le diagramme de la figure 2 représente les étapes qui sont réalisées à chaque pas de temps.
Ainsi dispose-t-on, dans cet exemple de mise en oeuvre où l'on mesure l'absorbance entre 230 nm et 500 nm, de 271 paramètres qui ont été mesurés simultanément toutes les deux heures sur l'effluent. On comprend donc qu'au sens de l'invention, le premier paramètre est l'absorbance à la longueur d'onde de 230 nm, le deuxième paramètre est l'absorbance à la longueur d'onde de 231 nm, ainsi de suite jusqu'au 271^ème paramètre, qui est l'absorbance à 500 nm.
Evidemment, le nombre de paramètres n'est pas limité à 271 et l'on peut tout à fait choisir un autre nombre de paramètres sans sortir du cadre de la présente invention.
De manière préférentielle mais non nécessairement, les moyens de mémoire comportent une base de données stockant les mesures de paramètres pour une pluralité de pas de temps t.
Au cours d'une seconde étape S102, on détermine une première dérivée pour chacun des 271 paramètres en calculant la différence entre deux valeurs d'absorbance consécutives dans le temps à une même longueur d'onde et en divisant le résultat obtenu par un écart de temps Δt existant entre deux mesures.
Ainsi, si l'on considère le premier paramètre, à savoir l'absorbance Abs de l'effluent à 230 nm, la première dérivée du 1^er paramètre d_1,1(t) a pour expression : $d_{1, 1} (t) = \frac{{Abs}_{230} (t) - {Abs}_{230} (Δ t)}{Δ t}$
Il en est de même pour la première dérivée du 2^ème paramètre d_1,2(t), qui a pour expression : $d_{1, 2} (t) = \frac{{Abs}_{231} (t) - {Abs}_{231} (t - Δ t)}{Δ t}$
Et ainsi de suite jusqu'au 271^ème paramètre.
Au cours d'une troisième étape S103, on détermine au moins une deuxième dérivée entre les paramètres.
Plus précisément, on définit, dans cet exemple, 270 deuxièmes dérivées des 271 paramètres. La 1^ère deuxième dérivée d_2,1(t) est calculée comme étant la différence entre les valeurs d'absorbance à 231 nm et à 230 nm, soit : $d_{2, 1} (t) = \frac{{Abs}_{231} (t) - {Abs}_{230} (t)}{231 - 230}$
On comprend donc que la deuxième dérivée d_2,1(t) dénote bien l'écart relatif entre les paramètres Abs₂₃₁(t) et Abs₂₃₀(t) et que la fonction t-> d_2,1(t) fournit la variation temporelle de l'écart relatif entre ces deux paramètres.
Il en est de même pour la 2^nde deuxième dérivée d_2,2(t), qui a pour expression : $d_{2, 2} (t) = \frac{{Abs}_{232} (t) - {Abs}_{231} (t)}{232 - 231}$
Et ainsi de suite jusqu'à la 270^ème deuxième dérivée.
Dans une quatrième étape S104, on définit pour chaque j^ème première dérivée (j=1 à 271), c'est-à-dire pour la première dérivée de chacun des paramètres, trois premiers domaines logiques ( $D L_{1}^{i} (j),$
i=1 à 3, j=1 à 271) déterminés à partir des calculs suivants :

a) on calcule une moyenne d _1,j (t) et un écart-type σ_{d 1,j}(t) à partir des 50 valeurs calculées antérieurement de chaque j^ème première dérivée (j = 1 à 271) : $\overline{d_{1, j}} (t) = \frac{1}{50} \sum_{i = 0}^{49} d_{1, j} (t - i Δ t)$

et : $σ_{d_{1, j}} (t) = \sqrt{\frac{1}{49} \sum_{i = 0}^{49} {(d_{1, j} (t - i Δ t) - \overline{d_{1, j}} (t))}^{2}}$
b) on calcule pour chaque j^ème première dérivée (j = 1 à 271) l'écart absolu ε_1,j(t) à la moyenne des premières dérivées : $ε_{1, j} (t) = |d_{1, j} (t) - \overline{d_{1, j}} (t)|$
c) Les premiers domaines logiques $D L_{1}^{i} (j, t)$
(avec i=1 à 3, j=1 à 271) sont alors définis au pas de temps t comme suit :
- le 1^er des premiers domaines logiques de chaque j^ème première dérivée « variation normale de la première dérivé », $D L_{1}^{1} (j, t),$
  est caractérisé en ce que : ε_1,j(t) < σ_1,j(t) ;
- le 2^ème des premiers domaines logiques de chaque j^ème première dérivée « variation peu normale de la première dérivée », $D L_{1}^{2} (j, t),$
  est caractérisé en ce que : σ_1,j(t) < ε_1,k(t) < 2σ_1,j(t);
- le 3^ème des premiers domaines logiques de chaque j^ème première dérivée « variation anormale de la première dérivée », $D L_{1}^{3} (j, t),$
  est caractérisé en ce que : ε_1,j(t) > 2σ_1,j(t).

Au cours d'une cinquième étape S105, on attribue des probabilités d'appartenance à l'instant t des 271 premières dérivées à chacun des premiers domaines logiques, $P (D L_{1}^{i} (j, t))$
(i=1 à 3, j=1 à 271), en effectuant les sous-étapes suivantes :

a) on norme entre -1 et 1 l'écart absolu obtenu pour chaque j^ème première dérivée, avec la correspondance suivante :
- Si ε _1,j(t) = 0 alors ∥ε _1,j(t)∥ = -1;
- Si ε _1,j(t) ≥ 3σ_1,j(t).d _1,j(t) alors ∥ε _1,j(t)∥ = +1;
- Sinon $‖ ε_{1, j} (t) ‖ = - 1 + \frac{2 \times ε_{1, j} (t)}{3 σ_{1, j} (t)}$
b) on procède à la fuzzyfication (i.e. à l'attribution des probabilités d'appartenance de chaque j^ème première dérivée aux premiers domaines logiques $D L_{1}^{i} (j, t)$
de chaque valeur normée ∥ε _1,j(t)∥ avec des fonctions d'appartenance en triangle telles que représentées sur la figure 3.
Sur la figure 3, on a représenté le cas où, pour la 50^ème première dérivée avec une valeur de ∥ε_1,50(t ₀)∥ = 0.3 à l'instant t₀, on obtient $P (D L_{1}^{1} (50, t_{0})) = 0,$
$P (D L_{1}^{2} (50, t_{0})) = 0.7,$
$P (D L_{1}^{3} (50, t_{0})) = 0.3,$
qui correspondent aux probabilités d'appartenance de la 50^ème première dérivée aux premiers domaines logiques.

Au cours d'une sixième étape S106, on définit des deuxièmes domaines logiques, à savoir, pour chaque k^ème deuxième dérivée trois deuxièmes domaines logiques ( $D L_{2}^{i} (k, t),$
i=1 à 3, k=1 à 270), déterminés à partir des calculs suivants :

a) on calcule la moyenne et l'écart-type des 50 dernières valeurs de chaque deuxième dérivée : $\overline{d_{2, k}} (t) = \frac{1}{50} \sum_{i = 0}^{49} d_{2, k} (t - i Δ t)$

et : $σ_{d_{2, k}} (t) = \sqrt{\frac{1}{49} \sum_{i = 0}^{49} {(d_{2, k} (t - i Δ t) - \overline{d_{2, k}} (t))}^{2}}$
b) on calcule pour chaque k^ème deuxième dérivée l'écart absolu ε_2,k(t) à la moyenne des deuxièmes dérivées : $ε_{2, k} (t) = |d_{2, k} (t) - \overline{d_{2, k}} (t)|$
c) les deuxièmes domaines logiques $D L_{2}^{i} (k, t)$
sont alors définis comme suit :
- le 1^er des deuxièmes domaines logiques « variation normale de la k^ème deuxième dérivée », $D L_{2}^{1} (k, t),$
  est caractérisé en ce que ε_2,k(t) < σ_2,k(t) ;
- le 2^ème des deuxièmes domaines logiques « variation peu normale de la k^ème deuxième dérivée », $D L_{2}^{2} (k, t),$
  est caractérisé en ce que σ_2,k(t) < ε_2,k(t) < 2σ_2,k(t);
- le 3^ème des deuxièmes domaines logiques « variation anormale de la k^ème deuxième dérivée », $D L_{2}^{3} (k, t),$
  est caractérisé en ce que ε_2,k(t) > 2σ_2,k(t).

Au cours d'une septième étape S107, on attribue les probabilités d'appartenance des k^ème deuxièmes dérivées aux deuxièmes domaines logiques, $P (D L_{2}^{i} (k, t))$
(i=1 à 3, k=1 à 270), en effectuant les sous-étapes suivantes :

a) on norme entre -1 et 1 l'écart absolu obtenu, avec la correspondance suivante :
- Si ε _2,k(t) = 0 alors ∥ε _2,k(t)∥ = -1;
- Si ε _2,k(t) ≥ 3σ_2,k(t).d _2,k(t) alors ∥ε _2,k(t)∥ = + 1;
- Sinon $‖ ε_{2, k} (t) ‖ = - 1 + \frac{2 \times ε_{2, k} (t)}{3 σ_{2, k} (t)}$
b) on procède à la fuzzyfication (i.e. à l'attribution des probabilités d'appartenance de chaque k^ème deuxièmes dérivées aux deuxièmes domaines logiques $D L_{2}^{i} (k, t)$
de chaque valeur normée ∥ε _2,k(t)∥ avec des fonctions d'appartenance en triangle telles que représentées sur la figure 4.
Sur la figure 4, on a représenté le cas où, pour la 50^ème deuxième dérivée avec une valeur de ∥ε_2,50(t ₀)∥ = 0.4 à l'instant t₀, on obtient $P (D L_{2}^{1} (50, t_{0})) = 0,$
$P (D L_{2}^{2} (50, t_{0})) = 0.6,$
$P (D L_{2}^{3} (50, t_{0})) = 0.4,$
qui correspondent aux probabilités d'appartenance de la 50^ème deuxième dérivée aux deuxièmes domaines logiques.

Au cours d'une huitième étape S108, préférentielle mais non nécessaire, on définit des troisièmes domaines logiques à savoir, trois troisièmes domaines logiques ( $D L_{3}^{i} (t),$
i=1 à 3) pour les premières dérivées, ceux-ci correspondant à :

a) Pour le 1^er des troisièmes domaines logiques $D L_{3}^{1} (t)$
à l'union des 1^ers premiers domaines logiques « normaux » ;
b) Pour le 2^ème des troisièmes domaines logiques $D L_{3}^{2} (t),$
à l'union des 2^èmes premiers domaines logiques « peu normaux » ;
c) Pour le 3^ème des troisièmes domaines logiques $D L_{3}^{3} (t),$
à l'union des 3^èmes premiers domaines logiques « anormaux » ;

Au cours d'une neuvième étape S109, également préférentielle mais non nécessaire, on calcule la probabilité d'appartenance aux troisièmes domaines logiques de l'ensemble des 271 premières dérivées en faisant la somme des probabilités d'appartenance de chaque j^ième première dérivée aux premiers domaines logiques pondérée par l'écart-type des premières dérivées : $P (D L_{3}^{i} (t)) = \sum_{j = 1}^{271} σ_{1, j} (t) \times P (D L_{1}^{i} (j, t)),$

avec i=1 à 3
Au cours d'une dixième étape S110, également préférentielle mais non nécessaire, on définit des quatrièmes domaines logiques, à savoir trois quatrièmes domaines logiques ( $D L_{4}^{1} (t),$
i=1 à 3) pour les deuxièmes dérivées, ceux-ci correspondant à :

a) Pour le 1^er des quatrièmes domaines logiques, $D L_{4}^{1} (t),$
à l'union des 1^ers deuxièmes domaines logiques « normaux » ;
b) Pour le 2^ème des quatrièmes domaines logiques, $D L_{4}^{2} (t),$
à l'union des 2^èmes deuxièmes domaines logiques « peu normaux » ;
c) Pour le 3^ème des quatrièmes domaines logiques, $D L_{4}^{3} (t),$
à l'union des 3^èmes deuxièmes domaines logiques « anormaux » ;

Au cours d'une onzième étape S111, également préférentielle mais non nécessaire, on calcule la probabilité d'appartenance de chaque 270 deuxièmes dérivées aux trois quatrièmes domaines logiques en faisant la somme des probabilité d'appartenance de chaque k^ème deuxièmes dérivées aux deuxièmes domaines logiques pondérée par l'écart-type des deuxièmes dérivées : $P (D L_{4}^{i} (t)) = \sum_{k = 1}^{270} σ_{2, k} (t) \times P (D L_{2}^{i} (k, t))),$

avec i=1 à 3
Au cours d'une douzième étape S112, on définit des domaines logiques globaux à partir desquels on définira la variabilité globale de l'effluent, de préférence cinq domaines logiques globaux ( $D L_{5}^{l} (t),$
avec I=1 à 5) à partir des troisièmes et quatrièmes domaines logiques. Ils correspondent à :

a) Pour le 1^er des domaines logiques globaux, $D L_{5}^{l} (t),$
à l'union du 1^er troisième domaine logique « normal » et du 1^er quatrième domaine logique « normal » ;
b) Pour le 2^ème des domaines logiques globaux, $D L_{5}^{2} (t),$
à l'union de l'union du 1^er troisième domaine logique « normal » et du 2^ème quatrième domaine logique « peu normal » et de l'union du 2^ème troisième domaine logique « peu normal » et du 1^er quatrième domaine logique « normal » ;
c) Pour le 3^ème des domaines logiques globaux, $D L_{5}^{3} (t),$
à l'union de l'union du 1^er troisième domaine logique « normal » et du 3^ème quatrième domaine logique «anormal », avec l'union du 2^ème troisième domaine logique « peu normal » et du 2^ème quatrième domaine logique « peu normal », et de l'union du 3^ème troisième domaine logique « anormal » et du 1^er quatrième domaine logique « normal » ;
d) Pour le 4^ème des domaines logiques globaux, $D L_{5}^{4} (t),$
à l'union de l'union du 2^ème troisième domaine logique « peu normal » et du 3^ème quatrième domaine logique « anormal » et l'union du 3^ème troisième domaine logique « anormal », et du 2^ème quatrième domaine logique « peu normal » ;
e) Pour le 5^ème des domaines logiques globaux, $D L_{5}^{5} (t),$
à l'union du 3^ème troisième domaine logique « anormal » et du 3^ème quatrième domaine logique « anormal » ;

Au cours d'une treizième étape S113, on attribue des probabilités d'appartenance globales ( $P (D L_{5}^{l} (t)),$
avec I=1 à 5) de l'ensemble constitué par les premières dérivées des paramètres et les secondes dérivées à chacun des domaines logiques globaux ( $D L_{5}^{l} (t)),$
avec I=1 à 5), de préférence en calculant lesdites probabilités comme suit : $P (D L_{5}^{1} (t)) = P (D L_{3}^{1} (t)) \times P (D L_{4}^{1} (t))$
$P (D L_{5}^{2} (t)) = ⌊ P (D L_{3}^{2} (t)) \times P (D L_{4}^{1} (t)) ⌋ + ⌊ P (D L_{3}^{1} (t)) \times P (D L_{4}^{2} (t)) ⌋$
$P (D L_{5}^{3} (t)) = ⌊ P (D L_{3}^{3} (t)) \times P (D L_{4}^{1} (t)) ⌋ + ⌊ P (D L_{3}^{2} (t)) \times P (D L_{4}^{2} (t)) ⌋ + ⌊ P (D L_{3}^{1} (t)) \times P (D L_{4}^{3} (t)) ⌋$
$P (D L_{5}^{4} (t)) = ⌊ P (D L_{3}^{3} (t)) \times P (D L_{4}^{2} (t)) ⌋ + ⌊ P (D L_{3}^{2} (t)) \times P (D L_{4}^{3} (t)) ⌋$
$P (D L_{5}^{5} (t)) = P (D L_{3}^{3} (t)) \times P (D L_{4}^{3} (t))$
Au cours d'une quatorzième étape S114, on norme le résultat obtenu en divisant chaque probabilité d'appartenance par la somme des probabilités d'appartenance aux 5 domaines logiques globaux.
Puis, au cours d'une quinzième étape S115, on qualifie la variabilité de la composition de l'effluent à partir des probabilités d'appartenance globales en utilisant, de préférence, uniquement le 5ème domaine logique global. On effectue les tests suivants (donnés à titres illustratifs):

Si la probabilité d'appartenance au 5ème domaine logique global est supérieure à un premier seuil, par exemple 66%, alors cela signifie que la composition de l'effluent a fortement varié. Un feu rouge est affiché par l'interface 20.
Si la probabilité d'appartenance au 5ème domaine logique global est comprise par exemple entre 33% et 66% alors cela signifie que la composition de l'effluent a varié. Un feu orange est affiché par l'interface 20.
Si la probabilité d'appartenance au 5ème domaine logique global est inférieure à un second seuil, par exemple, 33% alors cela signifie que la composition de l'effluent n'a pas varié. Un feu vert est affiché par l'interface 20.

Grâce à ce mode de mise en oeuvre, non limitatif, les fausses alertes sont avantageusement minimisées. En effet, il faut qu'une majorité des premières et deuxièmes dérivées présente des probabilités élevées d'appartenance aux domaines logiques « anormaux » pour que le 5^ème domaine logique global présente une probabilité d'appartenance forte et déclenche une alarme.
Comme on l'a mentionné ci-dessus, les étapes S107 à S111 ne sont pas indispensables à la mise en oeuvre de l'invention.
En effet, une variante particulière conforme à l'invention, consiste à définir les domaines logiques globaux directement à partir des premiers et deuxièmes domaines logiques sans passer par des troisièmes et quatrièmes domaines logiques, à attribuer des probabilités d'appartenance globales de l'ensemble constitué par les premières dérivées des paramètres et les secondes dérivées à chacun des domaines logiques globaux, puis à qualifier la variabilité de la composition de l'effluent à partir des probabilités globales de manière similaire à ce qui est effectué au cours des étapes S112 à S115.

Claims

Procédé de qualification de la variabilité de la composition d'un effluent, dans lequel on réalise une succession de mesures au cours du temps d'au moins un premier et un deuxième paramètres physico-chimiques de cet effluent; on détermine à chaque pas de temps une première dérivée pour chacun des premier et deuxième paramètres, ledit procédé étant caractérisé en ce que, à chaque pas de temps :
- on détermine au moins une deuxième dérivée entre les premier et deuxième paramètres ;

- on définit, pour la première dérivée de chacun des paramètres, des premiers domaines logiques comprenant au moins un premier domaine logique normal correspondant à une variabilité normale de ladite première dérivée, et un premier domaine logique anormal correspondant à une variabilité anormale de ladite première dérivée ;

- on attribue des premières probabilités d'appartenance à chacun des premiers domaines logiques pour la première dérivée de chacun des paramètres ;

- on définit des deuxièmes domaines logiques comprenant au moins un deuxième domaine logique normal correspondant à une variabilité normale de ladite deuxième dérivée, et un deuxième domaine logique anormal correspondant à une variabilité anormale de ladite deuxième dérivée ;

- on attribue des deuxièmes probabilités d'appartenance de la deuxième dérivée à chacun des deuxièmes domaines logiques ;

- on définit des domaines logiques globaux à partir des premiers et deuxièmes domaines logiques, les domaines logiques globaux comprenant au moins un domaine logique global normal et un domaine logique global anormal ;

- on attribue des probabilités d'appartenance globales de l'ensemble constitué par les premières dérivées des paramètres et au moins une deuxième dérivée à chacun des domaines logiques globaux ;

- on qualifie la variabilité de la composition de l'effluent à partir de ces probabilités d'appartenance globales.
Procédé de qualification selon la revendication 1, dans lequel, pour la première dérivée de chacun des paramètres, les premiers domaines logiques sont définis à partir d'un multiple de l'écart type évalué à partir d'un ensemble constitué par des valeurs de la première dérivée dudit paramètre déterminées à des pas de temps précédents.
Procédé de qualification selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, pour la première dérivée de chacun des paramètres, les premiers domaines logiques sont également définis à partir de la moyenne ou de la médiane d'un ensemble constitué par des valeurs de la première dérivée dudit paramètre déterminées à des pas de temps précédents.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, les deuxièmes domaines logiques sont définis à partir d'un multiple de l'écart type évalué à partir d'un ensemble constitué par des valeurs de ladite au moins une deuxième dérivée déterminées à des pas de temps précédents.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, les domaines logiques globaux sont définis à partir d'un multiple de l'écart type évalué à partir d'un ensemble constitué par des valeurs des premières dérivées des paramètres et des valeurs de ladite au moins une deuxième dérivée déterminées à des pas de temps précédents.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on définit en outre, pour la première dérivée de chacun des paramètres, un premier domaine logique intermédiaire correspondant à une variabilité peu normale de ladite première dérivée.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on définit en outre, pour ladite au moins une deuxième dérivée, un deuxième domaine logique intermédiaire correspondant à une variabilité peu normale de ladite deuxième dérivée.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on définit en outre un domaine logique global intermédiaire.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les probabilités d'appartenance globales sont calculées à partir d'une somme pondérée des premières et deuxièmes probabilités d'appartenance.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel on définit en outre :
- des troisièmes domaines logiques comprenant au moins un troisième domaine logique normal et un troisième domaine logique anormal, les troisièmes domaines logiques étant définis à partir des premiers domaines logiques ;

- des quatrièmes domaines logiques comprenant au moins un quatrième domaine logique normal et un quatrième domaine logique anormal, les quatrièmes domaines logiques étant définis à partir des deuxièmes domaines logiques ;
procédé dans lequel :
- on attribue en outre des troisièmes probabilités d'appartenance d'un ensemble constitué par les premières dérivées des paramètres à chacun des troisièmes domaines logiques ;

- on attribue en outre des quatrièmes probabilités d'appartenance d'un ensemble constitué par au moins ladite au moins une deuxième dérivée à chacun des quatrièmes domaines logiques ;
procédé dans lequel :
- les domaines logiques globaux sont définis à partir des troisièmes et quatrièmes domaines logiques.
Procédé de qualification selon la revendication 10, dans lequel les probabilités d'appartenance globales sont calculées à partir d'une somme pondérée des troisièmes et quatrièmes probabilités d'appartenance.
Procédé de qualification selon la revendication 11, dans lequel ladite somme pondérée fait intervenir au moins un coefficient de pondération dynamique.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le domaine logique global qualifiant la variabilité de la composition de l'effluent est celui pour lequel la probabilité d'appartenance globale est maximale.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le domaine logique global qualifiant la variabilité de la composition de l'effluent est le domaine logique le plus anormal pour lequel la probabilité d'appartenance globale est non nulle.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le domaine logique global qualifiant la variabilité de la composition de l'effluent est le domaine logique le plus anormal pour lequel la probabilité d'appartenance globale est supérieure à un seuil prédéterminé.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel la première dérivée est une dérivée temporelle.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel le premier paramètre est l'absorbance de l'effluent mesuré pour une première longueur d'onde.
Procédé de qualification selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel chacun des paramètres est l'absorbance de l'effluent pour une longueur d'onde donnée.
Procédé de qualification selon la revendication 18, dans lequel la première dérivée est une dérivée de l'absorbance par rapport au temps pour une longueur d'onde donnée, tandis que la deuxième dérivée est une dérivée de l'absorbance par rapport à la longueur d'onde calculée à un pas de temps donné.
Dispositif (10) de suivi de la variabilité de la composition d'un effluent mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19 et comportant des moyens de mesure (12), des moyens de mémoire (16) et un microprocesseur (18).